井眼清洁对长水平井井筒ECD影响分析

基于动态岩屑床模型,建立了考虑井眼清洁的长水平井井筒钻井液当量循环密度(ECD)计算方法,分析了机械钻速(ROP)和泵排量对岩屑分布的影响,以及岩屑堆积对井筒ECD的影响。结果表明,环空岩屑床厚度随着机械钻速的增大而增大,在环空返速不变的情况下,ECD会同步增大;增大泵排量能提高井眼清洁程度,井眼清洁程度较差时,小排量钻进也会导致环空ECD过大。

井下双梯度控压钻井井筒多相流动规律

在陆上井下双梯度控压钻井过程中气侵是面临的主要挑战之一。研究气侵过程中,井筒气-液两相流动规律对气侵检测与处理具有重要意义。因此,文中基于钻井液、气体和空心球的质量、动量和能量守恒方程,考虑变梯度参数引起的环空变质量流动和井筒多相流行为,建立了井下双梯度控压钻井气侵条件下的全瞬态气-液两相流新模型,并利用该模型分析了井下双梯度控压钻井气侵过程中井筒内的气-液两相流动规律。模拟结果表明:变梯度参数不仅会改变气相体积分数和当量循环密度(ECD),而且能够影响气侵演变规律;井下双梯度控压钻井环空ECD整体上近似呈“折线形”分布,能够更好地适应深层超深层的窄安全密度窗口;将空心球比例、旋流分离器位置和分离效率相结合,能够灵活地调整环空ECD分布。该研究对使用井下双梯度控压钻井解决陆上窄安全密度窗口地层的钻井难题具有重要的理论和工程意义。

基于不确定度理论的ECD不确定性定量表征方法

井底当量循环钻井液密度(ECD)是影响钻井安全的重要参数,准确预测ECD是保障钻井安全有效进行的前提。目前,中国钻井作业大多数仍采用传统的水力学计算模型对ECD进行预测。根据传统的钻井水力学计算模型得到的结果能够大致反映ECD的变化趋势,但是由于其模型的精度以及计算模型中输入参数的模糊性等问题,使得准确预测ECD难度大,计算值与实际值之间必然存在误差,存在一定的不确定性。因此,需要对钻井过程中ECD的预测结果进行不确定性分析。笔者在综合分析ECD定量计算模型的基础上,首先讨论了ECD不确定性的来源,然后基于不确定度理论推导了ECD不确定度计算公式,并进行了实例分析,为ECD的科学描述提供了一种新思路,为保障钻井安全提供技术支持。

海上油田大位移井不间断循环系统实践及应用

世界范围内,一般把水垂比≥2且测深大于3000m的井或水平位移超过3000m的井称为大位移井;大位移钻完井技术,是当今国际钻井工程领域的高新技术,也是挑战旋转钻井极限的高难度前沿技术。随着水平位移和水垂比的不断增加,大位移钻完井面临着许多严重挑战,井眼清洁程度直接关系大斜度长裸眼的不稳定性与可安全延伸极限、水力循环的压耗控制、井下摩阻扭矩的严重性与控制能力、长套管串下入难度与磨损严重性及钻井设备能力的局限性与综合运用能力等,通过不间断连续循环系统现场应用与实践,大位移井钻井过程中全井段当量循环密度数值平稳,对海上大位移井保持稳定的当量循环密度(ECD)控制及安全作业有着很好的借鉴意义。

大位移井井眼清洁与ECD控制

为研究大位移井井眼清洁与摩阻扭矩的关系,以及岩屑对当量循环密度(equivalent circulation density,ECD)的影响,利用瞬态岩屑运移模型模拟岩屑在井筒中的瞬态运移过程,并结合实钻井数据分析岩屑对ECD的影响,检验几种常用井眼的经验清洁方法;在实际钻井过程中,考虑到井筒中岩屑的数量和ECD控制要求,提出了大位移井井眼清洁新标准。结果表明:岩屑对ECD的影响随着水平段长度的增加而增加,岩屑对ECD的影响可以通过调节循环频率或机械钻速(rate of penetration,ROP)来控制;从ECD和扭矩-摩阻分析中获得井筒允许的最大岩屑量,综合考虑防止卡阻所需的流速和循环时间这2个因素,并将所得结果作为大位移井井眼清洁的新标准;研究成果还可用于从ECD管理角度确定大位移井裸眼的延伸极限长度。

基于自然语言处理与大数据分析的漏失分析与诊断

塔里木盆地西部A区块以溶蚀孔洞型、裂缝性储层为主,18条断裂带发育,断裂带附近天然裂缝分布复杂,地层承压能力低,容易发生井漏。为准确规避井漏风险,优化井漏处理技术措施,利用自然语言处理技术,提取了A区块全部完钻井的钻井资料和井漏信息,基于大数据分析汇总了易漏地层实际地层压力和实际破裂压力当量密度不确定性的分布情况,计算出了易漏地层的裂缝发育程度、裂缝宽度不确定性范围和井漏风险系数,建立了钻前井漏风险诊断方法。实例分析表明,利用所建立的钻前井漏风险诊断方法,可以在钻前诊断井漏风险,为钻完井过程中规避井漏风险和制定井漏处理技术措施提供依据。

高温深井钻井液当量循环密度预测模型

在高温深井中,钻井液密度、流变性受压力和温度的影响较大,如果按照钻井液地面物性参数来计算当量循环密度,则会产生很大误差,在孔隙压力与破裂压力差值很小的井中,可能会产生井涌、井喷或井漏等后果。从钻井循环期间井筒温度场模型入手,建立了高温高压钻井液密度、当量静态密度、流变参数以及当量循环密度预测模型。经实验验证,所建立的高温高压钻井液密度、流变参数模型的预测值与实测值一致,相关系数都在0.99以上,使用当量循环密度模型比用常规方法计算结果更为准确。该模型为压力管理钻井技术提供了理论依据,对于合理控制井下压力,预防复杂和事故的发生具有指导意义。

精细控压钻井技术在塔中地区的应用及评价

塔中地区目的层奥陶系地质情况复杂,H2S含量极高,易喷易漏,含盐水层,钻井液密度窗口窄,钻井施工难度大。针对这一技术难题,塔里木油田公司首次引进了精细控压钻井技术,在国内首次实现了塔中Ⅰ号地区超深、超长水平段位移井的精细控压钻进。该技术的成功应用,标志着我国的钻井工艺技术水平跨上了一个新的台阶,为塔中地区精细控压钻井打下了扎实的基础,并积累了丰富的实践经验,同时也为以后在其它地区实施精细控压钻井作业提供了技术借鉴依据。

高温深井当量静态密度的计算

计算高温深井井底静压时必须考虑高温和高压对钻井液密度的影响。提出了一种新的钻井液密度-温度-压力数学模型,据此阐述了高温高压深井井底静压的具体计算方法,编制了计算机应用程序。结果表明,考虑高温高压影响时得到的深井井底静压值与常规计算方法的计算值相差较大,足以使钻井液安全密度窗口过窄的油气井出现井下复杂事故;高温深井水基钻井液当量静态密度随着井深增加而直线降低;且不同地面密度的水基钻井液密度降低的幅度相同。得出温度对高温高压钻井液静态当量密度的影响程度大于压力的影响程度,钻井液地面密度对当量静态密度变化量的影响很小。

四氧化锰加重水基聚磺钻井液研究

国外现场应用表明，对于密度在1．6g／cm^3以上的加重油基钻井液，用四氧化锰代替重晶石粉加重，能降低钻井液的当量循环密度。通过用黑锰矿粉、重晶石粉、超细碳酸钙和铁矿粉加重水基聚磺钻井液密度至1．6g／cm^3，测定了4种加重钻井液在1．2～1．6g／cm^3之间5个密度点的表观黏度和塑性黏度，分析了表观黏度和塑性黏度的变化趋势。模拟计算出了井深为4150m时的当量循环密度，表明黑锰矿粉在密度为1．46g／cm^3以上可以获得低于其它加重材料的当量循环密度。

单一环空窄间隙条件下固井液当量循环密度及其数值模拟计算

窄间隙环空是油气固井作业中遇到的主要挑战之一,由于环空间隙急剧减小,导致局部剖面平均流速快速增大,进而使得井底固井水泥浆的当量循环密度显著提高,从而大大增加了压漏地层的风险。文章借助计算流体力学软件Fluent对单一环空窄间隙条件下固井水泥浆的层流流动进行分析,采用直接数值模拟来验证Metzner-Reed(MR)理论方法的准确性。同时,通过分析宾汉、幂律和赫巴三种非牛顿流体流变模型对固井液当量循环密度计算结果的影响,对三款主流钻完井软件在处理不同流变模型时的适应性进行了对比分析。通过研究发现,MR法与直接数值模拟法的固井液当量循环密度计算结果基本一致,因此MR法是一种计算窄间隙条件下固井液当量循环密度更为精确的方法。此外,在窄间隙环空中,井底固井液当量循环密度的计算结果对流变模型十分敏感,而不同钻完井软件在分析不同流变模型时又具有各自不同的适应性。因此,在实际进行窄间隙固井的水泥浆设计时,基于流变特性测试数据采用最小二乘法优选水泥浆的流变模型,再根据流变模型进行钻完井软件的选择。

钻井液连续循环钻井技术及自动化装备设计

钻井施工中,拆装钻杆需中止钻井液循环,但钻井液循环中止会导致孔内岩屑下沉、钻井液当量循环密度浮动变化,进而影响孔内安全。为避免上述情况的发生,钻井液不间断循环钻井技术的构想被提出。通过连续循环系统或连续循环接头进行钻井液分流,避开钻杆拆装部分,维持井内的钻井液循环,稳定钻井液当量循环密度。针对该技术原理,提出了一种自动化的钻井液不间断循环井口设备,通过背钳、自动钻井液切换系统和传扭动力卡瓦的配合,可实现钻井中拆卸、接装单根时钻井液不间断循环,有效避免因钻井液静置、沉砂过多导致的钻孔安全问题。

控压钻井技术在东海深部低渗地层中的应用

随着东海深部地层勘探取得突破,石油钻探进入深部复杂地层。深部地层岩石强度大、可钻性差,深部地层机械钻速低,同时深部储层孔渗条件差,储层保护尤为重要。此文介绍了一种新的钻井方式即控压钻井,分析其工艺优势和控制操作原理,结合东海地质特征,优化钻井参数,对东海N构造M4、M5井进行实例应用分析,机械钻速有较大的提高,同时也较好保护油气层,效果明显,为深部地层安全高效钻井提供一务途径。

钻井液连续循环系统在Canteen-A09井的应用

BLOCK 2C区块含有多套压力体系,油气非常活跃,钻井液密度窗口窄,采用常规钻井技术钻井时,在前几口井中均出现稍低就涌、稍高就漏的情况。不间断循环钻井系统(CCS系统)可以在接单根或立根期间保持钻井液的不间断循环,能够有效解决窄钻井液密度窗口的钻井问题。为此,在BLOCK 2C区块的Canteen-A09井中应用CCS系统。应用结果表明,钻进过程中井内岩屑循环较彻底,较好地控制了循环当量密度,使得井内压力得到较好的控制,平稳通过了窄密度窗口地层;没有开泵和停泵引起的压力波动,也减少了漏失的可能性;测井时仪器顺利到底,没有出现反复通井的情况,最终提前4 d完钻,节约一百余万美元。

射流式水力降压钻井机理与参数研究

窄密度窗口是钻井工程设计中的一个难点。为解决这一问题,提出了一种射流式水力降压原理,利用高速射流产生的抽吸力降低井底压力(循环当量密度),并介绍了工具设计的基本思路。射流式水力降压工具由主副流道组成,副流道流体在喷嘴处的高速低压区对环空产生抽吸作用。通过计算,降压效果随无量纲面积比、排量和喷嘴直径的增大而增大,随钻井速度的增大而降低。在分流量5%、钻井液密度1.25 g/cm3时,最大能降低井底压力1.5 MPa。该研究为射流式水力降压钻井应用打下了基础。

高温高压条件下钻井液密度研究

研究了温度和压力对钻井液当量静态密度（ESD）的影响，建立了高温高压条件下钻井液当量循环密度（ECD）模型，利用南海莺琼盆地某井的数据进行了钻井液循环模拟计算，结果显示：（1）井底压力随着地温梯度的升高而降低，（2）钻井液入口温度对于井底压力的影响较小，（3）井底压力随着钻井液循环速度的增大而升高。

莺琼盆地高温高密度水基钻井液流变性调控方法

南海莺琼盆地高温高压地层钻井安全密度窗口窄,对钻井液流变性要求苛刻,而高密度钻井液因固相含量高其流变性调控难度大,因此研究高密度钻井液流变性的影响因素和调控方法对确保该地区高温高压钻井安全至关重要。提出通过控制钻井液处理剂液相黏度来调节水基高温高密度钻井液流变性新方法,并通过毛细管黏度法评价莺琼盆地两套高温高压水基钻井液体系的流变性能及液相黏度,对高密度水基钻井液流变性影响因素进行评价和分析。结果表明,钻井液的液相黏度和固相含量是影响高密度钻井液的关键因素,钻井液体系的液相黏度由处理剂液相黏度决定,而固相含量主要由加重材料的品质决定。进一步评价结果表明,磺化类降失水剂液相黏度最低,其次为改性天然高分子降失水剂,合成类的聚合物型降失水剂液相黏度最高;钻井液在相同组成和密度条件下,重晶石品质越高,即密度越高,粒径越小,所配制的高密度钻井液流变性越优。研究结果表明选择低液相黏度处理剂、低剂量膨润土和优质重晶石是高密度水基钻井液流变性调控的主要技术手段。

深水钻井当量循环密度影响规律分析

深水钻井中,由于深水段的影响,上覆岩层压力低,钻井液密度窗口窄,当量循环密度(ECD)的预测和控制较难。针对南海深水井通过水力学分析软件进行ECD计算模拟,并对增压泵的影响进行了分析,揭示了深水钻井ECD的影响规律,为深水钻井水力参数设计和现场作业提供了依据。研究表明:深水钻井中,不仅要通过大排量和控制机械钻速来保持井眼清洁和控制ECD,还需要考虑温度对ECD的影响,尤其是在有增压泵的情况下,ECD随着增压泵排量的增大会逐渐增大。

深水高温高压井钻井液当量循环密度预测模型及应用

深水高温高压井具有井筒温度场变化复杂、钻井液物性变化大等特点,导致钻井液当量循环密度(ECD)难以准确预测。为此,根据南海某研究区深水高温高压井钻井资料,通过PVT测量仪和旋转黏度计研究了深水水基钻井液当量静态密度、流变参数与温度、压力之间的响应特征,并根据实验数据拟合经验模型参数,同时考虑温度和压力对钻井液物性参数的影响、海底增压对井筒流场与温度场的影响,对深水高温高压井ECD计算模型进行完善。研究表明:高温高压环境对水基钻井液物性有较大影响,海底增压泵排量越高,井筒内ECD越高。利用模型对南海ST362-1d井进行实例计算,ECD模型预测值与实测值平均误差仅为0.249%。该研究结果对深水高温高压井水力参数优化设计及井筒压力控制具有一定的参考价值。

考虑海底增压的深水钻井当量循环密度预测方法

针对深水井筒ECD预测与控制方面存在的不足,建立了考虑温度和岩屑影响及有海底增压管线举升系统情况下的深水钻井ECD预测模型,以实例计算分析了深水钻井中有海底增压管线举升系统情况下ECD变化。结果分析表明,钻柱内的排量一定时,增注排量越大,ECD值越小;在有海底增压管线举升系统时,本计算条件下ECD值均未超过漏失压力,因此该种参数工况下应该为安全状况;在无海底增压时,随着排量的降低,环空ECD逐渐增加,且ECD增加值较大;当排量小于一定值时,ECD的增加会导致在钻井过程中的地层漏失。因此在深水钻井过程中应该特别注意在隔水管段的井眼清洁问题,除了控制机械钻速、泵入清扫液等措施以外,还应适量采取增加排量来及时清除钻屑,保持井眼清洁。最后对比分析了模型的有效性,在本计算条件下与PWD实测值偏差最大1.36%,对深水钻井水力参数优化设计及井控具有一定的参考意义。